Transizione energetica - Batterie sostenibili e a basso costo per i veicoli elettrici di domani
I ricercatori del Fraunhofer IWS sono stati insigniti del Premio Joseph von Fraunhofer 2025
La mobilità elettrica sta facendo passi da gigante in Germania e in tutta Europa. Per ottenere un ulteriore slancio sarà necessario aumentare la capacità di produzione di celle per batterie in questo Paese. I metodi di produzione dovranno inoltre consumare poca energia ed essere molto meno costosi. Un team di ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia dei materiali e dei fasci IWS di Dresda ha sviluppato DRYtraec, un metodo rivoluzionario che consente di produrre elettrodi per batterie in modo economico ed ecologico. Per questa tecnologia pionieristica, i ricercatori sono stati insigniti del Premio Joseph von Fraunhofer per il 2025 in occasione dell'assemblea annuale del Fraunhofer.
Con la nuova tecnologia di trasferimento a secco DRYtraec, gli elettrodi delle celle di accumulo di energia vengono rivestiti con un film secco anziché con sostanze chimiche liquide.
© Piotr Banczerowski
In un momento in cui i veicoli elettrificati e l'accumulo di energia stazionaria giocano un ruolo chiave nel futuro climatico del settore energetico, la produzione sostenibile di batterie agli ioni di litio è essenziale. Un team di ricercatori guidato da Benjamin Schumm, Holger Althues e Stefan Kaskel ha sviluppato DRYtraec (dry transfer electrode coating), un metodo innovativo per la produzione di celle per batterie che non utilizza i solventi tossici altrimenti tipici ed elimina l'essiccazione degli strati di elettrodi, costosa e ad alta intensità energetica.
La sfida della produzione di batterie e l'innovativa soluzione DRYtraec
Componente chiave di ogni batteria, gli elettrodi sono normalmente costituiti da una lamina metallica con un sottile rivestimento. Questo rivestimento contiene i componenti attivi responsabili dell'accumulo di energia. "Il processo di rivestimento convenzionale utilizza un metodo chimico a umido che applica il cosiddetto slurry", spiega Schumm, responsabile del dipartimento Particle Technology del Fraunhofer IWS. "La tecnologia DRYtraec consente di produrre uno strato di elettrodi direttamente da una miscela secca composta da materiale attivo, nerofumo conduttivo e leganti". A differenza del metodo convenzionale a impasto, non vengono utilizzati solventi. Una speciale unità di calandratura genera forze di taglio in una fessura tra i rulli chiamata nip, ancorando meccanicamente le particelle di materiale attivo e di nerofumo conduttivo e provocando la formazione di fibrille da parte del legante, un processo noto come fibrillazione. Sostenuto dai rulli della calandra, il risultato è uno strato di elettrodi completamente asciutto, eliminando la fase di essiccazione, che richiede molta energia e occupa molto spazio. È possibile anche il rivestimento su entrambi i lati in un'unica fase, grazie al trasferimento diretto di entrambi i lati sulla lamina del collettore di corrente. Gli elettrodi DRYtraec prodotti senza solventi mostrano prestazioni e stabilità eccezionali, senza alcun inconveniente rispetto agli elettrodi a base di slurry.
DRYtraec - Tecnologia brevettata con un vasto potenziale per il futuro
Il metodo e l'approccio scientifico unici rappresentati dal processo di trasferimento del film secco a rulli riducono al minimo i rischi di produzione, facilitando al contempo la scalabilità verso larghezze di rivestimento maggiori e velocità di processo più elevate. Il primo sistema prototipo al mondo è stato progettato e costruito nel 2013 e da allora la tecnologia è in continua evoluzione. Il sistema consente il controllo continuo del processo e la produzione di elettrodi di alta qualità in un processo roll-to-roll. "Per DRYtraec abbiamo realizzato una piattaforma di R&S che offre ai clienti dell'industria un'ampia gamma di opzioni, dalla sperimentazione al trasferimento all'uso commerciale, lungo tutta la catena del valore. Ora che abbiamo concesso in licenza la tecnologia a un'azienda leader dell'industria automobilistica europea, stiamo aprendo la strada a un'ulteriore scalata fino alla produzione di massa", spiega Althues, responsabile del dipartimento Battery Materials del Fraunhofer IWS.
Il metodo DRYtraec è adatto anche alle importanti tecnologie di batterie del futuro, come quelle agli ioni di sodio e allo stato solido. Per questi sistemi di celle è stata dimostrata la capacità di produrre elettrodi "drop-in". Kaskel, Technology Field Manager per la tecnologia delle batterie presso il Fraunhofer IWS, spiega: "Abbiamo realizzato questo processo per la prima volta per gli elettrodi delle batterie agli ioni di litio e ora lo abbiamo adattato anche alle batterie al litio-zolfo e allo stato solido. Queste ultime saranno sempre più importanti in futuro, ma le prestazioni dei materiali soffrono con il trattamento chimico a umido. Con DRYtraec, offriamo un approccio promettente con il doppio dei vantaggi".
La tecnologia brevettata DRYtraec, ora affermatasi come metodo standard di rivestimento a secco, consolida il ruolo del Fraunhofer IWS come fornitore leader di R&S in questo campo. In questo modo, il Fraunhofer contribuisce in modo determinante a salvaguardare lo status della Germania come centro di produzione automobilistica e a sottolineare l'importanza della tecnologia di produzione come chiave per la creazione di valore nella trasformazione della mobilità.
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